Mikrofluidik für bessere Bioverfahren
Mikroreaktortechnologien zur Prozessintensivierung bieten verbesserte Vermischung und Erwärmung auf wenig Raum (oft Volumen im Kubikmillimeterbereich). Dies bedeutet eine hervorragende Steuerbarkeit und höhere Erträge bei geringerem Energieverbrauch. Des Weiteren unterstützen die Technologien kontinuierlich ablaufende Prozesse anstatt der standardmäßigen Produktion in Chargen. Dies führt zu einer sogar noch höheren Effizienz mit weniger Ausfallzeiten und seltenerer Neukalibrierung der Geräte. Außerdem eignen sie sich ideal für die Überprüfung von Reaktionen im kleinen Maßstab. Mikrofluidische Enzymreaktoren sind eine hervorragende Plattform zur Intensivierung biokatalytischer Prozesse, bei denen die Katalysatoren der Natur (Enzyme) genutzt werden, um hochwertige Spezialchemikalien herzustellen. Das EU-finanzierte Projekt BIOINTENSE(öffnet in neuem Fenster) (Mastering bioprocess integration and intensification across scales) wurde ins Leben gerufen, um die biokatalytische Produktivität und Prozessintensität zu steigern. Mit optimierten Tools und Protokollen, die in den meisten Bereichen der Industrie anwendbar sind, wird das Team kosteneffektive Verfahren und kürzere Entwicklungszeiten ermöglichen. Die Anwendung von Mikrosystemen steckt noch in den Kinderschuhen, und die Wissenschaftler planen, das grundlegende Verständnis der Beziehungen zwischen Reaktion, Biokatalysator und Prozesseigenschaften stark zu verbessern. Das Team entschloss sich, die Technologie im Kontext der auf Transaminase basierenden Synthese chiraler Amine weiterzuentwickeln, einer Reaktion, die für die Pharmazie und andere wichtige chemische Branchen von hoher Bedeutung ist. Die Forscher untersuchten das Modellsystem anhand einer Auswahl von Substrat-Produkt-Kombinationen, um verschiedene Strategien zur Beseitigung heutiger Flaschenhälse zu erforschen. Die Wissenschaftler definierten die Prozessgrenzen für den Betrieb. Die mikrofluidischen Systeme werden derzeit optimiert, doch die Reaktionen wurden bereits in vorläufigen Versionen erfolgreich ausgeführt. Parallel werden Messsysteme entwickelt, und innovative Sauerstoffsonden wurden erfolgreich in die Proessüberwachung eingebunden. Kinetische Modelle werden zu Einsatz kommen, um die bahnbrechenden mikrofluidischen Bioreaktorsysteme noch genauer beurteilen zu können. Auf kürzlich organisierten Konferenzen informierten die Forscher von BIOINTENSE über die Vorteile von Mikrosystemen bei der Intensivierung von Bioprozessen. Diese Treffen umfassen das "1st International Symposium on Transaminase Biocatalysis" und die "2nd International Conference Implementation of Microreactor Technology in Biotechnology – IMTB 2013". Letztendlich werden die Forscher eine innovative neue Plattform zur Prüfung neuer Transaminase-Reaktionen und ihrer Biokatalysatoren im mikrofluidischen modularen Format liefern. Es wird erwartet, dass die zugehörige Software und Hardware sowie die Betriebsrichtlinien auf breites Interesse der Feinchemikalienindustrien stoßen werden.
Schlüsselbegriffe
Mikroreaktor, Prozessintensivierung, Bioverfahren, Biokatalysator, Transaminase-Reaktionen
